2H-TaS2（0001）单晶XPS分析的深度解析：金属性不对称峰与定量方法的突破

本文聚焦过渡金属二硫化物（TMDs）中2H-TaS2（0001）单晶的X射线光电子能谱（XPS）分析，揭示了传统解卷积方法的局限性。通过理论灵敏度因子与震激（shake-up）结构分析，提出针对Ta和S峰固有不对称性的精准拟合策略，为金属性TMDs的表征建立新范式。

　　

1 引言

过渡金属二硫化物（TMDs）因其二维范德华结构和在催化、微电子及超导等领域的应用价值备受关注。2H-TaS₂作为典型金属性TMD，其XPS分析长期存在定量偏差问题。既往研究多忽视Ta和S峰的不对称性及等离子体损失结构，导致数据解卷积不准确。本文系统探讨了2H-TaS₂单晶的XPS拟合方法学挑战。

2 实验方法

采用机械剥离法制备2H-TaS₂（0001）单晶样品，在惰性气氛中转移以避免表面氧化。使用单色化Al Kα光源（1486.69 eV）采集XPS数据，结合CasaXPS软件进行解析。创新性引入LF线形函数（参数α、β调控洛伦兹不对称性）拟合金属性峰，并对比Scofield与Kratos相对灵敏度因子（RSF）的量化差异。

3 结果与讨论

关键发现：

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  峰不对称性：所有Ta和S轨道（包括S 2p、S 2s）均呈现显著低结合能侧拖尾，需采用LF(α,β,w,m)函数拟合（如Ta 4f_7/2：α=0.8, β=4）。

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  损失结构：Ta 4f区发现5个等离子体损失峰（最高+68.07 eV），占总信号24.6%；S 2p区损失峰贡献达53%。

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  定量校正：传统RSF导致S/Ta比高估30%（2.58 vs 1.85），而理论RSF结合损失结构拟合使比值接近理论值2。

技术突破：

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  Ta 4d/S 2s重叠峰解析：通过约束Ta 4d_3/2自旋轨道分裂（Δ=11.50 eV）分离S 2s信号。

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  表面物种识别：S 2p区1.02 eV位移峰（占比8%）可能源于机械剥离诱导的多硫化物或S终端域。

4 结论

本研究确立了2H-TaS₂ XPS分析的标准化流程：

1. 1.

   优先轨道选择：低浓度样品推荐S 2p和Ta 4f；高氧环境改用Ta 4d。

2. 2.

   损失结构应用：损失峰强度比（如Ta 4f损失/主峰=1.022）可作为表面氧化的定性指标。

3. 3.

   实际妥协方案：常规分析需明确标注硫定量高估风险，高精度研究需整合理论RSF与损失模型。

作者贡献与致谢

C.D.主导实验设计与数据分析，团队获希腊研究基金会（HFRI）和英国EPSRC资助。研究数据通过英国国家XPS设施（HarwellXPS）采集，凸显国际合作在精密表征中的重要性。